同时访问Java中同一对象的不同成员

Question

我熟悉Java中许多围绕并发的机制和习惯用法.我困惑的地方是一个简单的概念:同一对象的不同成员的并发访问.

我有一组可由两个线程访问的变量,在这种情况下涉及游戏引擎中的图形信息.我需要能够在一个线程中修改对象的位置并在另一个线程中读取它.解决此问题的标准方法是编写以下代码:

private int xpos;
private object xposAccess;

public int getXpos() {
    int result;
    synchronized (xposAccess) {
        result = xpos;
    }
    return result;
}

public void setXpos(int xpos) {
    synchronized (xposAccess) {
        this.xpos = xpos;
    }
}

但是,我正在编写一个实时游戏引擎,而不是一个20个问题的应用程序.我需要快速工作,特别是当我访问和修改它们时,就像我处理图形资产的位置一样.我想删除同步开销.更好的是,我想完全删除函数调用开销.

private int xpos;
private int bufxpos;
...

public void finalize()
{
    bufxpos = xpos;
    ...
}

使用锁,我可以使线程彼此等待,然后调用finalize(),同时既不访问也不修改对象.在这个快速缓冲步骤之后,两个线程都可以自由地操作对象,一个修改/访问xpos,一个访问bufxpos.

我已经成功地使用了类似的方法,其中信息被复制到第二个对象,并且每个线程作用于单独的对象.但是,两个成员仍然是上述代码中同一个对象的一部分,当我的线程同时访问对象时,即使在对不同的成员进行操作时,也会发生一些有趣的事情.不可预知的行为,幻像图形对象,屏幕位置的随机错误等.为了验证这确实是一个并发问题,我在一个线程中运行了两个线程的代码,在那里它执行完美.

我希望性能高于一切,我正在考虑缓存关键数据以分离对象.我的错误是由并发访问相同对象引起的吗？是否有更好的并发解决方案？

编辑:如果你怀疑我的表现估价,我应该给你更多的背景.我的引擎是为Android编写的,我使用它来绘制数百或数千个图形资源.我有一个单线程解决方案,但是自从实现多线程解决方案以来,我看到性能几乎翻了一番,尽管存在幻像并发问题和偶尔的未捕获异常.

编辑:感谢关于多线程性能的精彩讨论.最后,我能够通过在工作线程处于休眠状态时缓冲数据来解决问题,然后允许它们在对象内的每个数据集进行操作.

Answer 1

如果您只处理单个基元，例如AtomicInteger，它具有类似 的操作compareAndSet，那就太棒了。它们是非阻塞的，您可以获得大量的原子性，并在需要时回退到阻塞锁。

对于原子设置访问变量或对象，您可以利用非阻塞锁，回退到传统锁。

但是，从代码中的位置出发，最简单的一步是使用synchronized但不使用隐式对象，而是使用几个不同的成员对象，每个this需要原子访问的成员分区一个：synchronized(partition_2) { /* ... */ }、synchronized(partition_1) { /* ... */ }等private Object partition1;。private Object partition2;。

但是，如果成员无法分区，则每个操作必须获取多个锁。如果是这样，请使用Lock之前链接的对象，但确保所有操作都以某种通用顺序获取所需的锁，否则您的代码可能会死锁。

更新：volatile即使对性能造成不可接受的影响，也许确实不可能提高性能。您无法解决的基本方面是互斥必然意味着与内存层次结构（即缓存）的实质性好处进行权衡。最快的每处理器核心内存缓存无法保存您正在同步的变量。处理器寄存器可以说是最快的“缓存”，即使处理器足够复杂以保持最接近的缓存一致，它仍然无法将值保存在寄存器中。希望这可以帮助您认识到这是性能的基本障碍，并且没有魔杖。

对于移动平台，出于电池寿命的考虑，该平台被故意设计为不允许任意应用程序尽可能快地运行。让任何一个应用程序在几个小时内耗尽电池电量并不是首要任务。

考虑到第一个因素，最好的办法是重新设计您的应用程序，以便它不需要太多的互斥 - 考虑不一致地跟踪 x-pos，除非两个对象彼此靠近（例如在 10x10 框中）。因此，您锁定了 10x10 框的粗网格，只要对象位于其中，您就会不一致地跟踪位置。不确定这是否适用于您的应用程序或是否有意义，但这只是一个示例，旨在传达算法重新设计的精神，而不是寻找更快的同步方法。